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Dokumentenidentifikation DE3221993C2 28.02.1991
Titel Steuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor
Anmelder Sony Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Uzuka, Mitsuo, Urawa, Saitama, JP
Vertreter Mitscherlich, H., Dipl.-Ing.; Gunschmann, K., Dipl.-Ing.; Körber, W., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Schmidt-Evers, J., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 11.06.1982
DE-Aktenzeichen 3221993
Offenlegungstag 30.12.1982
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.02.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.02.1991
IPC-Hauptklasse H02P 6/00
IPC-Nebenklasse H02P 6/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.

Eine Steuerschaltung der vorstehend bezeichneten Art ist generell bereits bekannt (DE-AS 16 38 538, DE 28 09 314 A1, JP 55 18 879).

Zum Bremsen des Rotors kann bekanntermaßen eine Motorspule verwendet werden.

Es sind Schrittschaltmotoranordnungen bekannt (DE 29 08 182 A1, Zeitschrift "STZ", Nr. 48, 29. 11. 73, Seiten 969 bis 976), durch die ein Bremsen und Positionieren durch entsprechende Spulenerregung erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung zu schaffen, die einen bürstenlosen Gleichstrommotor festzubremsen bzw. zu blockieren gestattet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Bandtransportsystem eines Videobandrecorders, bei dem die Erfindung angewandt werden kann.

Fig. 2 zeigt in einer vereinfachten Darstellung einen herkömmlichen Spulenträger-Stillsetzungsmechanismus in einem Bandtransportsystem.

Fig. 3 zeigt in einer Ausführungsform der Erfindung eine Treiberschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor vom 2-Phasen-Schalttyp.

Fig. 4 zeigt in einem Signaldiagramm den Verlauf von Signalen, anhand deren der Betrieb der Treiberschaltung gemäß Fig. 3 erläutert wird.

Fig. 5 zeigt ein Drehmoment-Diagramm bezüglich der Stillsetzung des Motors.

Fig. 6 und 7 veranschaulichen die Motor-Treiberschaltung gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 ist in einer vereinfachten Darstellung ein Bandtransportsystem eines Videobandrecorders gezeigt, bei dem die Erfindung angewandt werden kann. Ein Magnetband 2, welches aus einer Kassette 1 herausgezogen ist, wird um eine sich drehende Kopftrommel 3 mittels eines Lademechanismus herumgewickelt. In diesem Augenblick ist einer der Spulenträger, die mit einer Abwickelspule 4 bzw. mit einer Aufwickelspule 5 der Kassette 1 verbunden sind, festgehalten bzw. arretiert.

Fig. 2 zeigt in einer vereinfachten Darstellung einen herkömmlichen Spulentrommel-Stillsetzungsmechanismus. Ein Bremsband 7 ist dabei mit einem Ende festgelegt und um einen Spulenträger 6 herumgewickelt. Das andere freie Ende des betreffenden Bremsbandes 7 ist an einem Hebel 9 fest angebracht, der von einem elektromagnetisch betätigten Kolben 8 angetrieben wird. Wenn der betreffende Kolben 8 angetrieben wird, wird das betreffende Bremsband 7 gelockert, und dem Spulenträger 6 ist eine ungehinderte Drehung ermöglicht. Wenn der betreffende Kolben 8 indessen aberregt ist, wird das Bremsband 7 an die Spulentrommel 6 fest angelegt, und zwar mittels einer Feder 10, so daß der Umlauf der betreffenden Spulentrommel 6 gesperrt ist. Dieser Spulentrommel-Stillsetzungsmechanismus weist somit Nachteile auf, die durch die Vielzahl von mechanischen Komponenten, durch hohen Leistungsverbrauch bei elektromagnetisch betätigten Kolben und durch Arbeitsgeräusche dieses Kolbens gegeben sind.

Der Erfindung entsprechend wird nun der Umlauf eines Spulenträgers dadurch stillgesetzt bzw. gebremst, daß ein mit einer Spulenwelle direkt verbundener Motor elektrisch stillgesetzt bzw. abgebremst wird. Als Spulenmotor für diesen Zweck können bürstenlose Gleichstrommotoren vom unidirektionalen bzw. in einer Richtung laufenden 2-Phasen-Schalttyp verwendet werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß auch ein anderer Motor verwendet werden kann, der mehr als drei Schaltphasen aufweist.

In Fig. 3 ist eine Treiberschaltung bzw. Steuerschaltung eines bürstenlosen Gleichstrommotors vom 2-Phasen- Schalttyp veranschaulicht. Diese Schaltung stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar. In Fig. 4 sind in einem Signaldiagramm Signale veranschaulicht, die den Betrieb der betreffenden Schaltungsanordnung veranschaulichen. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird ein Hall- Element 12 als Rotorstellungs-Detektoreinrichtung verwendet. Zwei Ausgangssignale dieser Detektoreinrichtung werden einer Detektorschaltung zugeführt, die Transistoren Q1 und Q2 umfaßt. Die Detektorschaltung erzeugt Schaltsignale b und c mit zueinander entgegengesetzter Phasenlage. Diese Schaltsignale treten jeweils nach einem elektrischen Phasenwinkel von 180° mit hohem Pegel bzw. mit niedrigem Pegel auf, wie dies in Fig. 4B und 4C veranschaulicht ist. Bei dieser Detektorschaltung sind die Emitter der Transistoren Q1 und Q2 mit einem gemeinsamen Widerstand 13 unter Bildung eines Differenz-Schaltkreises verbunden. Der Widerstand 13 ist mit einer Speisespannungsquelle Vcc verbunden, die einen Betriebsstrom in die Detektorschaltung fließen läßt. Ein weiterer Betriebsstrom wird von der Speisespannungsquelle Vcc über einen Widerstand 14 dem Hall- Element 12 zugeführt.

Die an den Ausgängen b und c der Transistoren Q1 und Q2 auftretenden Ausgangssignale werden Steuer- bzw. Treibertransistoren Q3 und Q4 zugeführt, so daß zwei 2-Phasen-Motorspulen 15A und 15B abwechselnd nach jeweils 180° des elektrischen Phasenwinkels speist werden, um die Drehmomente TA bzw. TB zu erzeugen, wie dies in Fig. 4A veranschaulicht ist. Eine Servo-Spannung Vs wird dabei den Spulen 15A und 15B von einer Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlservoschaltung her zugeführt.

Im allgemeinen weist ein bürstenloser Gleichstrommotor vom 2-Phasen-Schalttyp zwei "Dreh-Totpunkte" bei jedem elektrischen Winkel von 180° auf, bei denen ein Null- Drehmoment hervorgerufen wird. Es ist ein verbesserter bürstenloser 2-Phasen-Gleichstrommotor bekannt, der Hilfspole oder nichtmagnetisierte Bereiche in einem Feldsystem und Spezialwicklungen in einem Ankersystem aufweist. Die Hilfspole oder die nichtmagnetisierten Bereiche sind bei jedem elektrischen Winkel von 180° zweier Feldmagneten vorgesehen, die sich über einen elektrischen Winkel von 360° erstrecken. Jede Wicklung weist eine Wicklungssteigung (das ist der Winkelabstand zwischen zwei Spulenbereichen, die ein Drehmoment hervorrufen) auf, die kleiner ist als der elektrische Winkel von 180°.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein nach Erde bzw. Masse hin führender Schalter 16 vorgesehen, der - wie in Fig. 3 veranschaulicht - einen der Ausgangsanschlüsse des Hall-Elements 12 mit Erde bzw. Masse verbindet. Dieser Schalter 16 kann beim Laden oder Entladen durch ein Steuersignal für einen Antriebsmotor des Ladesystems oder von einer anderen Einrichtung her geschlossen werden. Wenn der betreffende Schalter 16 geschlossen ist, wird der Transistor Q1unabhängig vom Ausgangssignal des Hall-Elements eingeschaltet bzw. in den leitenden Zustand gebracht. Demgemäß wird ein Treibertransistor Q4 eingeschaltet bzw. in den leitenden Zustand gebracht, und die Spule 15B wird gespeist bzw. erregt.

Ist die Emitter-Kollektor-Sättigungsspannung des Transistors Q1 zu Null gemacht, wenn die Transistoren Q1 und Q4 eingeschaltet sind, dann wird der Emitter des Transistors Q1 auf ein Potential der Basis-Emitter- Spannung VBE des Transistors Q4 in bezug auf Erd- bzw. Massenpotential festgeklemmt. Das andere Ausgangssignal des Hall-Elements 12 ist unter jeglichem Detektorzustand niemals niedriger als der Erd- bzw. Massepegel. Demgemäß kann der Transistor Q2 die Basis-Emitter- Spannung in solcher Höhe aufnehmen, daß der Transistor Q2 eingeschaltet bzw. in den leitenden Zustand gebracht wird. Demgemäß sind der Transistor Q2 und demgemäß der Transistor Q3 abgeschaltet bzw. nichtleitend, weshalb die Spule 15A nicht gespeist wird.

Infolgedessen wird lediglich ein Drehmoment TB der B-Phase hervorgerufen, wie dies in Fig. 5 veranschaulicht ist. Dadurch wird der Rotor des Motors an der Stelle S des Null-Drehmoments stillgesetzt. Wenn der Rotor von dem Drehwinkel des Punktes S aus wegwandern würde, wird ein Drehmoment in der durch einen Pfeil markierten Richtung hervorgerufen, um den Rotor zurückzuziehen. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß der Punkt S ein stabiler Punkt des Rotors unter der Speisung der einen Seite ist und daß eine Festhaltekraft gegen externe Kräfte innerhalb des Bereiches von U wirkt. Der Spulenträger 6 ist so stillgesetzt bzw. abgebremst, daß er beim Laden und Entladen nicht gedreht wird. Der stabile Punkt S ist eine Drehstellung, bei der die N-S-Grenzlinie eines Feldpoles gerade bei den ein Drehmoment erzeugenden Leitern der B-Phasen-Spule 15 angeordnet ist.

Im folgenden werden die Fig. 6 und 7 näher betrachtet, die weitere Ausführungsformen der Erfindung zeigen. Gemäß Fig. 6 ist ein Schalter 16 zwischen einem der Stromabgabeanschlüsse des Hall-Elements 12 und einem Erd- bzw. Massepunkt angeschlossen. Daneben ist ein hoher Widerstand 17 zwischen dem auf der Seite des Transistors Q1 liegenden Ausgangsanschluß des Hall- Elements 12 und dem Erd- bzw. Massepunkt angeschlossen.

Gemäß Fig. 6 ist der Schalter 16 während der Stillsetzungs- bzw. Abbremsphase geöffnet. In diesem Zustand fließt ein Basisstrom des Transistors Q1 durch den Widerstand 17. Dabei sind der Transistor Q1 eingeschaltet bzw. im leitenden Zustand, und der Transistor Q2 ist abgeschaltet bzw. gesperrt. Demgemäß fließt ein Strom lediglich durch die B-Phasen-Spule 15B, um den Rotor in einer solchen Weise stillzusetzen bzw. abzubremsen, wie dies bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 erläutert worden ist.

Gemäß Fig. 7 ist ein Schalter 16 zwischen dem anderen Ausgangsanschluß des Hall-Elements 12 und der Vcc- Spannungsversorgungsleitung angeschlossen. Wenn der Schalter 16 geschlossen ist, wird der Transistor Q1 abgeschaltet bzw. gesperrt, und demgegenüber wird der Transistor Q2 eingeschaltet bzw. leitend. Demgemäß fließt in diesem Fall ein Strom lediglich durch die A-Phasen-Spule, was dazu führt, daß der Rotor sowie der Spulenträger 6 stillgesetzt bzw. abgebremst sind.

Die Erfindung kann auch bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor vom unidirektionalen Schalttyp mit mehr als zwei Phasen angewandt werden. Überdies kann die Erfindung nicht nur bei dem Bandtransportsystem angewandt werden, sondern auch bei anderen verschiedenen Systemen, die die Notwendigkeit mit sich bringen, einen Umlauf stillzusetzen bzw. abzubremsen. Außerdem kann der bei den Ausführungsformen vorgesehene Schalter 16 durch einen elektronischen Schalter ersetzt werden, der einen Transistor oder dgl. umfaßt.


Anspruch[de]
  1. 1. Steuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor, mit Schaltelementen für die Speisung von Spulen mit Gleichstrom und mit mindestens einer Treiberschaltung, die jeweils einen ersten und einen zweiten je ein Schaltelement ansteuernden Steuertransistor und einen ein Wechselspannungssignal erzeugenden Drehstellungsdetektor aufweist, dessen einer Ausgangsanschluß mit der Basis des ersten und dessen anderer Ausgangsanschluß mit der Basis des zweiten Steuertransistors verbunden ist, so daß in Abhängigkeit der Rotorstellung Schaltsignale an die Schaltelemente abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinrichtung (16) vorgesehen ist, die den Ausgangszustand des Drehstellungsdetektors (12) derart festlegt, daß lediglich eines der Schaltelemente (Q3, Q4) zur Speisung lediglich einer der Spulen eingeschaltet wird, während die anderen Schaltelemente abgeschaltet bleiben, und daß die Schalteinrichtung (16) derart betrieben ist, daß der Rotor bewegt bzw. stillgesetzt wird.
  2. 2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bürstenlose Motor ein alternierend arbeitender 2-Phasen-Schaltmotor ist, der A-Phasen- und B-Phasen-Spulen (15A, 15B) aufweist, die über zwei Schalttransistoren (Q3, Q4) als Schaltelemente derart gespeist werden, daß zwei Schaltsignale (b, c) elektrisch mit zueinander entgegengesetzter Phasenbeziehung alle 180° mit hohem Pegel bzw. mit niedrigem Pegel auftreten.
  3. 3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstellungsdetektor (12) ein Hall-Element ist.
  4. 4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (16) zwischen einem der Ausgangsanschlüsse des Hall-Elements (12) und einem Erdpotentialpunkt angeschlossen ist und daß die betreffende Schalteinrichtung (16) im geschlossenen Zustand das eine Ausgangssignal der Ausgangssignale der Treiberschaltung (12, 13, Q1, Q2) auf einem hohen Pegel und das andere Ausgangssignal auf einem niedrigen Pegel festlegt, wobei die Speisung bzw. Erregung lediglich einer der A-Phasen- und B-Phasen-Spulen (15A, 15B) erfolgt.
  5. 5. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (16) zwischen einem der Steuerstromanschlüsse des Hall-Elements (12) und dem Erdpotentialpunkt liegt und daß zwischen einem der beiden Ausgangsanschlüsse des Hall-Elements und dem Erdpotentialpunkt ein Widerstand (17) vorgesehen ist.
  6. 6. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (16) zwischen einem der beiden Ausgangsanschlüsse des Hall-Elements (12) und einer Gleichspannungsversorgungsleitung (Vcc) angeschlossen ist.






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